机械的平衡ppt课件.ppt

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1、第6章 机械的平衡,6-1 机械平衡的目的及内容,6-2 刚性转子的平衡计算,6-3 刚性转子的平衡实验,6-1 机械平衡的目的及内容,1 机械平衡的目的,消除或减小不平衡惯性力的不良影响。特别在高速精密机械中，机械的平衡具有重要意义。,2）机械不平衡惯性力导致的不良影响,在运动副中产生附加的动压力，降低机械的效率和使用寿命,变化的惯性力引起机械和机座的振动，常导致破坏性事故,3）机械平衡的目的,1）机械不平衡的原因,机械运动过程中所产生的 惯性力的作用,）机械不平衡的合理利用,机械中的不平衡惯性力可以利用来做有益的工作，如：振动筛、振动装料机、振动选料机、按摩机等。,惯性力及惯性力矩随着机构

2、的运动作周期性变化,惯性力的影响,2 机械平衡问题的内容,转子的平衡,机构的平衡,机械平衡问题的分类,挠性转子 质量较大、径向尺寸较小且工作转速高于（0.60.75）一阶共振转速的转子，此状态下转子的弯曲弹性变形不可忽略,转子绕固定轴回转的构件,刚性转子: 工作转速低于（0.60.75）一阶共振转速的转子，此状态下的转子的弹性变形可忽略不计,挠性转子平衡,刚性转子平衡,6-2 刚性转子的平衡计算,1 刚性转子的静平衡计算,转子（b/d0.2）上的不平衡质量mi的影响在转子静态时即可表现出来，故称为静不平衡,其所有质量都可以认为在垂直于轴线的同一平面内,适用对象：轴向尺寸较小的转子（b/d0.2

3、）,不平衡现象,转子的质心位置不在回转轴线上，回转时产生不平衡惯性力，这种现象被称作不平衡,静不平衡,mi,静平衡计算中的所有惯性力为一平面汇交力系,例 一转动圆盘其上有偏心质量m1 、 m2 、 m2 、 m4,F1,F2,F4,F3,Fb,Fi,不平衡的不良影响,产生振动和噪音，严重时造成设备的破坏,刚性转子静平衡的方法,在转子上增加平衡质量mb使其产生的平衡惯性力Fb将原不平衡惯性力Fi抵消,满足静平衡的条件：,mi ri不平衡质径积,mbrb 平衡质径积,满足静平衡的条件：,即：,刚性转子静平衡具体措施,静平衡也被称作单面平衡,或在rb相反方向减去一个mb （去重）,质径积矢量和为零,

4、满足静平衡的条件：,在rb处增加一个平衡质mb（配重）,满足静平衡条件,2 刚性转子的动平衡计算 适用条件：轴向尺寸较大的场所（b/d0.2）,在 、平面存在着偏心质量m1、m2，且:,但 M 0 即：,该情况为静平衡而动不平衡！,m1 = m2，r1= r2,满足动平衡的条件,质径积矢量和为零,质径积力矩和为零,mi ri +mb rb =0,M =0,满足动平衡一定同时满足静平衡;,注意（重要概念点）：,满足静平衡却不一定同时满足动平衡;,静不平衡构件中的所有惯性力为一平面汇交力系（单面平衡）;,动不平衡构件中的所有惯性力为一空间任意力系（双面平衡）。,本章作业：6-1，6-2，6-5，6

5、-6，6-7，6-8。,动平衡计算的力学基础,力学基础：力的平行分解,P1、P2 等效代替P 应满足的条件：,力等效,力矩等效,将力P 平行分解为P1、P2,力等效：,力矩等效：,得出：,动平衡计算的具体方法,因受结构限制，无法在、三个平面上平衡，故另外选取两个平衡平面S 平面和 P平面,本章作业：6-1，6-2，6-5，6-6，6-7，6-8。,MP=0,MS=0,MP=0,MS=0,MP=0,MS=0,该种不平衡质径积的分解为同方位等径分解,例题1 在图示盘状转子上有两个不平衡的质量：m1 =1.5kg, m2 =0.8kg，r1 =140mm，r2 =180mm，相位如图所示。先用去重

6、法来平衡，求所需挖去的质量的大小和相位（设所需挖去质量 处的半径r=140mm）。,解：1 .计算质径积,2.取比例尺0.005kgm/mm做矢量图,3. 求挖去质量的大小和相位,4. 相位角,例题2 图示圆盘绕o 点转动。圆盘上的平衡质量mb =0.06kg，平衡半径rb =50mm，不平衡质量m1 =0.2kg，r1 =20mm；不平衡质量m2 =0.25kg，试求r2 的大小和方位，在没加平衡质量前，轴承处动反力为多大？,解：1 .计算质径积,2.取比例尺0.1kgmm/mm做矢量图,3. r2 和相位,4. 求没加平衡质量前轴承的动反力,例题3 如图所示的三根曲轴，已知m1 =m2 =

7、m3 =m4 =m， r1 =r2 =r3 =r4 =r，L12 = L23 =L34 =L，且曲拐在同一平面 中， 试判断何者已达到静平衡，何者已达到动平衡。,解：1 分析（a）,动平衡应满足的条件,因：,故：,满足静平衡条件,不满足动平衡条件。即该曲轴是静平衡的但不是动平衡的,2 分析（b）,满足静平衡条件,不满足动平衡条件。即该曲轴是静平衡的但不是动平衡的,本章作业：6-1，6-2，6-5，6-6，6-7，6-8。,3 分析（c）,满足静平衡条件,满足动平衡条件。即该曲轴既是静平衡的又是动平衡的,本章作业：6-1，6-2，6-5，6-6，6-7，6-8。,例4 已知一轴的中间截面上有一不

8、平衡质量m= 3kg，由于结构限 制，只能在两端平面A、B上平衡其产生的不平衡惯性力。 LA =LB =600mm。要求： （1）按等向径分解质量（r=300mm）然后求平衡质径积; （2）按回转半径r =400mm分解质量，求不平衡质量mAmB ,解：（1）按等向径分解质量求平衡质径积,求平衡质径积,A,B,（2） 按回转半径r =400mm 分解质量，然后求平衡质径积。,a. 求不平衡质径积,b. 向A、B 面分解不平衡质径积,c. 求不平衡质量mAmB ,例4（习题6-7）如图所示为一滚筒，同轴固结一带轮，测得其上有一偏心质量m1 =1kg，测得滚筒上的两偏心质量为m2 =3kg，m3

9、=4kg，各偏心质量的相位如图所示（长度单位mm）。若将平衡基面选在滚筒两端面，且其回转半径均为400mm, 求两平衡质量的大小和相位。若将平衡基面改选在带轮宽度的中截面上，其他条件不变，两平衡质量的大小和方位作如何改变？,解：1 . 计算不平衡质径积,本章作业：6-1，6-2，6-5，6-6，6-7，6-8。,2 . 向 、两平面分解不平衡质径积,1）向 面分解G3,建立力学模型,2）向 面分解G2,建立力学模型,G1方向设反,建立力学模型,2）向 面分解G1,取比例尺作矢量多边形,3. 求面平衡质径积,取比例尺作矢量多边形,4. 求面平衡质径积,将平衡基面改选在带轮宽度的中截面上解法略,6

10、-5 平面机构的平衡,产生不平衡惯性力的构件：,平面移动构件、 平面复杂运动构件,研究对象：整个机构,由于平面移动构件、 平面复杂运动构件所产生的不平衡惯性力不便于在构件本身予以平衡，所以必须就整个机构加以研究。,机构中各构件所产生的总惯性力的处理：,合成为一个通过机构质心的总惯性力和一个总惯性力偶矩。且此惯性力和惯性力偶矩全部由基座来承担。,机构平衡的条件：,机构的总惯性力等于零，即：,机构的总惯性力偶矩等于零，即：,机构平衡的简化处理,只讨论总惯性力的平衡问题,机构平衡的主要方法,完全平衡法,部分平衡法,1. 完全平衡法,利用平衡机构平衡,利用平衡质量平衡,利用平衡机构平衡,利用平衡质量平

11、衡,（1）利用平衡机构平衡,如图所示的机构，左、右两部分对A点完全对称，故可使惯性力在轴承A处所引起的动压力得到完全平衡。,如图所示ZG12-6型高速冷镦机中，其主机构为曲柄滑块机构ABC，平衡装置为四杆机构ABC D。加在C 点处的平衡质量为m 与滑块C的质量m相等。,此种平衡使得机器的转速提高后，振动仍较小。,此种平衡的特点：,平衡效果好，但使机构的结构复杂，体积增大。,m,（2）利用平衡质量平衡,四杆机构的质量分别为： m1 、m2、m3。,将构件2 的质量m2用两个分别集中于B、C两点的集中质量m2B、m2C来替代。,在构件1的延长线上加一平衡质量m来平衡构件1 的质量m1 和m2B，

12、使构件1 的质心移到固定轴A处。,在构件3的延长线上加一平衡质量M来平衡构件3的质量m3和m2C，使构件3的质心移到固定轴D处。,经整理后得：,同理有：,由质心位置为A条件得：,加上平衡质量m、m以后，机构的总质心S应位于AD 线上一固定点，该点处的加速度aS=0，即机构的惯性力已得到平衡。,常见的动不平衡实例,m3,m1,m2,不能认为质量分布在同一平面,F,F,c,m,m,静平衡而动不平衡,动平衡结论,产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零） 动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的合力及合力偶均为零对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双面平衡由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子一定静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的,6-3 刚性转子的平衡实验,1 静平衡实验,随遇平衡,刀 口 式 静 平 衡 架,静平衡实验（续）,滚 轮 式 静 平 衡 架,2 动平衡实验,1. 电机2. 带传动3. 万向联轴节4. 试件5-6. 传感器7. 解算电路8. 选频放大器9. 仪表10. 整形放大器11. 鉴相器12. 光电头13. 整形放大器14. 相位标记15. 相位表,